POLI(HYDROKSY MAŚLAN) mgr inż. Paulina Kasprzyk, prof. Helena Janik Polimery w ochronie środowiska
POLI(HYDROKSY MAŚLAN)mgr inż. Paulina Kasprzyk, prof. Helena Janik
Polimery w ochronie środowiska
POLI(HYDROKSY MAŚLAN) PHB
• Polimer biodegradowalny• Poliester bakteryjny• Pierwszy polimer o właściwościach termoplastycznych pochodzący
z biosyntezy• PHB produkowany bakterie (bakterie Ralstonia eutropha H16 ) z
cukrów i lipidów w warunkach stresu• Wyodrębniony i scharakteryzowany po raz pierwszy w 1925.• Sztywny i kruchy, temperatura topnienia (180ºC) jest zaledwie o
10°C niższa od temperatury termicznego rozpadu
POLIESTRY BAKTERYJNE
POLI(HYDROKSY MAŚLAN) WŁAŚCIWOŚCI
Nierozpuszczalny w wodzie
Stosunkowo odporny na degradacja hydrolityczną
Rozpuszczalny w chloroformie i
węglowodorach zawierających chlor
Dobra odporność na promieniowanie UV
Niska odporność na działanie kwasów
Biokompatybilny
Nietoksyczny
POLI(HYDROKSY MAŚLAN) ZASTOSOWANIE
Produkcja opakowań
Kosmetologia (zwiększenie nawilżenia i
elastyczności skóry, redukcja zmarszczek)
Przyspieszenie gojenia ran
Modyfikator poliuretanów do
zastosowań medycznych
Dodatek do antybiotyków i leków przeciwnowotworowy
ch
Kontrolowane uwalnianie leków
POLIMERY BIODEGRADOWALNE
• Obszar intensywnych badań naukowców• Materiały biodegradowalne – ulegają degradacji (bakterie, grzyby, algi)• Przetwarzane na dwutlenek węgla, wodę i humus• Pochodzenia naturalnego oraz syntetyczne• Czas degradacji poszczególnych polimerów znacznie się różni• Alifatyczny poliestry ulegająca degradacji biologicznej ( katalizowanej
enzymami lub hydrolitycznej)• Okres połowicznego rozpadu PCL wynosi miesiące, poli(L-laktydu)- tygodnie,
a polietylenu – setki lat
POLIMERY BIODEGRADOWALNE
Polimery naturalne:• otrzymywane są z surowców odnawialnych, są to tzw.
agropolimery: polisacharydy, proteiny,• polimery mikrobiologiczne (bakteryjne) np.
poli(hydroksymaślan),• otrzymywane z zastosowaniem metod biotechnologicznych
np. polilaktyd.
Syntetyczne polimery biodegradowalne otrzymywane sąnatomiast z monomerów pochodzenia petrochemicznego np.poli(ɛ-kaprolakton).
POLIMERY BIODEGRADOWALNE -SYNTEZA
Metody syntezy:
• modyfikacja polimerów naturalnych (pozostają one w większejczęści niezmienione chemicznie) np. termoplastyczna skrobia,
• fermentacja monomerów syntezowanych biotechnologicznie np.polilaktyd,
• synteza bezpośrednio z udziałem mikrorganizmów lub z genetyczniemodyfikowanych zbóż np. poli(hydroksyalkaniany),
• polimeryzacja z otwarciem pierścienia (jonowa, koordynacyjna),• polikondensacja (w stopie, w stanie stałym) (poliestry alifatyczno-
aromatyczne) ,• modyfikacja na drodze chemicznej [poli(alkohol winylowy)]
materiały sanitarne butelki folie opakowaniowe, torebki sklepowe, torby na
śmieci, opakowania nieprzepuszczające O2 i H2O,opakowania na przynęty, torby stosowane wzakładach pogrzebowych, folie stosowane wpieluchach, w foliach przylepcowych
opakowania kartonowe sieci rybackie sztućce i kubki jednorazowego użycia
POLIMERY BIODEGRADOWALNE -ZASTOSOWANIE
PHB W MEDYCYNIE –ZAGADNIENIA W ŚWIETLE LITERATURY
1. Syntetyczne oligomery hydroksymaślanu są nietoksyczne i
biokompatybilne.
2. Technologie bioresorbowalnych wyrobów medycznych
3. Syntetyczny PHB zastosowany w syntezie biodegradowalnego
triblokowego kopolimeru z polietylenodiolem (PEO-PHB-PEO), jako
potencjalny materiału do kontrolowanego uwalniania leków.
4. Czysty PHB jest nie podatny na biodegradację pod wpływem enzymu PHB
depolimerazy, lecz ulega jej, po zmieszaniu z krystalicznymi (np.
polikaprolaktonodiolem PCL, PHB) lub amorficznymi polimerami
(polimetakrylanem metylu PMMA).
WPŁYW PHB NA WŁAŚCIWOŚCI PUR DLA CELÓW MEDYCZNYCH
ZASTOWANIE POLIMERÓW W MEDYCYNIE
Implanty dentystyczne
Protezy naczyniowe
Sztuczne komory serca
Protezy piersi i sutków
Cement kostny
Sztuczne kolano
Sztuczne biodro
Staw paliczkowy i rdzenie paznokci
Sztuczna chrząstka
Proteza powłoki brzusznej
Pręty i krążki kręgosłupa
Blaszki kostne i śruby
Ścięgna i więzadła
MATERIAŁ BIOKOMPATYBILNY
• Nie może wywoływać infekcji ani alergii
• Nie może być kancero- i mutagenny
• Nie może wpływać negatywnie na komórki krwi i tkanek
• Nie może zmieniać swojej struktury podczas przetwórstwa oraz sterylizacji
• Nie może zawierać żadnych małocząsteczkowych dodatków typu nieprzereagowane monomery lub plastyfikatory
METODY STEROWANIA WŁAŚCIWOŚCIAMI PUR DLA CELÓW MEDYCZNYCH
1. Modyfikacja powierzchni
Szczepienie powierzchni poliuretanu analogiem fosfolipidów -
winylowym monomerem 2-(metakrylooksy)etylofosforylocholiny
prowadzi do uzyskania materiału o dobrej hemokompatybilności.
2. Dobór odpowiednich surowców oraz ich wzajemny stosunek
Zastosowanie alifatycznego 1,4-diizocyjanianu butylu, mocznikodiolu
zbudowanego z tyrozyny i tyraminy oraz polietylenodiolu pozwala
uzyskać segmentowe, biokompatybilne elastomery poliuretanowe.
SUROWCE DO SYNTEZY PUR MODYFIKOWANYCH PHB
H12MDI
PCL PTMG
PHB
MDIBDO
WPŁYW PHB NA WŁAŚCIWOŚCI PUR
• Przesunięcie Tg segmentów giętkich w stronę wyższych wartościtemperatur
• Pogorszenie właściwości mechanicznych (obniżenie wartości naprężeniazrywającego, wydłużenia względnego i twardości)
• Wprowadzenie PHB, z boczną grupą metylową, do makrołańcucha PURpowoduje zwiększenie przestrzeni między łańcuchami, co było przyczynąwiększej sorpcji wody i oleju roślinnego
• PUR zawierających MDI w segmencie sztywnym posiada lepsze właściwościmechaniczne oraz niższą sorpcję wody i oleju roślinnego w porównaniu do PURotrzymanych z zastosowaniem HMDI
• Nie zaobserwowano zmian w ilości czerwonych krwinek i hemoglobiny poczasowym kontakcie z próbkami badanych poliuretanów
• Stwierdzono niewielki wpływ badanych poliuretanów na stężenie białychkrwinek, płytek krwi oraz na układ krzepnięcia krwi
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!
Literatura
1. Borkowski K., Przemysł tworzyw sztucznych – materiałów XXI wieku Plastics industry – manufacturingmaterials for 21st century, MECHANIK NR 4/2015
2. https://www.magazynprzemyslowy.pl/produkcja/Tworzywa-sztuczne-przyjazne-srodowisku,7914,13. Gołebiewski J., Gibas E., Malinowski R., Wybrane polimery biodegradowalne – otrzymywanie,
właściwości, zastosowanie, Polimery 2008, 53: 11- 124. Ślęzak R., Krzystek L., Ledakowicz S., Grzelak J., Produkcja polihydroksymaślanu przez Cupriavidus necator,
Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 2015, 54(3):121-1225. Krucińska I, Boguń M., Chrzanowska O., Kowalczuk M.M., Technologie bioresorbowalnych wyrobów
medycznych – opracowane w wyniku realizacji projektu kluczowego „Biodegradowalne wyrobywłókniste”, Chemik 2014, 68(8):665-678
6. Brzeska J., Dacko P., Janeczek H., Kowalczuk M., Janik H., Rutkowska M., Wpływ syntetycznegopolihydroksymaślanu na wybrane właściwości nowych, otrzymywanych z jego udziałem poliuretanów dozastosowań medycznych, Polimery 2011, 56(1):27-34
7. Brzeska J., Dacko P., Janeczek H., Kowalczuk M., Janik H., Rutkowska M., Wpływ syntetycznegopolohydroksymaślanu na wybrane właściwości nowych, otrzymywanych z jego udziałem poliuretanów dozastosowań medycznych, Polimery 2010, 55(1):41-46
8. P.Matzinos V.Tserki A.Kontoyiannis C.Panayiotou, Processing and characterization ofstarch/polycaprolactone products, Polymer Degradation and Stability 2002, 77(1):17-24
9. Derval dos Santos Rosa, Túlio César Rodrigues, Cristina das Graças Fassina Guedes, Maria Regina Calil,Effect of thermal aging on the biodegradation of PCL, PHB‐V, and their blends with starch in soil compostJ Appl Polym Sci 2003, 89: 3539–3546.